專(zhuān)利名稱：高壓流化床燃燒發(fā)電廠設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及PFBC-發(fā)電廠設(shè)備，它包括內(nèi)含燃燒室的壓力容器和至少兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)，燃燒室供微粒狀燃料在高壓流化床中燃燒，兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)依次位于由燃燒產(chǎn)生的煙道氣通路中。
通過(guò)例如本申請(qǐng)人的瑞典專(zhuān)利469039，上述發(fā)電廠設(shè)備已為人們所了解，與在常壓流化床中燃燒燃料的其他類(lèi)型發(fā)電廠設(shè)備相比，PFBC-發(fā)電廠設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)主要在于它以較小的空間創(chuàng)造出有效功率。此外，PFBC-發(fā)電廠設(shè)備的效率較高，從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)看，該發(fā)電廠設(shè)備的燃燒條件很有利。
然而，困擾PFBC-技術(shù)的問(wèn)題是PFBC-發(fā)電廠設(shè)備難于調(diào)節(jié)這一事實(shí)，該技術(shù)特別取決于在上述熱床中包含的巨大能量，而當(dāng)需要迅速改變負(fù)荷時(shí)，上述能量可能不容易調(diào)節(jié)。
盡管PFBC-發(fā)電廠設(shè)備的效率較高，但仍需進(jìn)一步提高其效率，主要是部分負(fù)荷運(yùn)行的效率，還需提供提高對(duì)這種發(fā)電廠設(shè)備的調(diào)節(jié)能力的方法。
提高發(fā)電廠設(shè)備效率的建議在特別是瑞典專(zhuān)利公布SE 8704075-4中作了介紹，該專(zhuān)利涉及在向位于發(fā)電廠設(shè)備上游的氣體渦輪機(jī)輸送由流化床產(chǎn)生的煙道氣之前，提高該煙道氣的溫度。換句話說(shuō)，在獲得溫度超過(guò)可能約850-950℃的煙道氣的同時(shí)，PFBC-發(fā)電廠設(shè)備的床化學(xué)過(guò)程不產(chǎn)生任何燃料燃燒，推進(jìn)氣，即煙道氣，在到達(dá)位于上游的氣體渦輪機(jī)時(shí)大體上處于上述溫度。然而，該渦輪機(jī)的功率隨推進(jìn)氣溫度的升高而顯著增長(zhǎng)，這就需要獲得更高的氣溫，最優(yōu)選氣溫為1200-1500℃。這一溫度可以通過(guò)在位于上游的氣體渦輪機(jī)的上游煙道氣通路中裝備所謂上燃燒室(topping Combustor)來(lái)獲得，燃料輸入該燃燒室，并在其中燃燒，同時(shí)將由此產(chǎn)生的熱氣與煙道氣混合，以使煙道氣在到達(dá)上述氣體渦輪機(jī)之前提高溫度。
煙道氣在位于上游的氣體渦輪機(jī)中膨脹并降溫。然后將這些煙道氣輸入第二氣體渦輪機(jī)進(jìn)一步膨脹，并從煙道氣中回收更多能量。
高壓氣體渦輪機(jī)可以驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生有效能量的發(fā)電機(jī)和對(duì)流化床加壓的壓縮機(jī)，而第二氣體渦輪機(jī)只能驅(qū)動(dòng)預(yù)壓縮空氣的壓縮機(jī)，該預(yù)壓縮空氣用于上面提到的對(duì)流化床加壓的壓縮機(jī)。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一套PFBC-發(fā)電廠設(shè)備，其類(lèi)型已在序言中說(shuō)明，在該發(fā)電廠設(shè)備中，在提高調(diào)節(jié)其發(fā)電功率的可能性的同時(shí)，可進(jìn)一步提高其效率。
根據(jù)本發(fā)明，這一目的的實(shí)現(xiàn)包括提供上述發(fā)電廠設(shè)備，該發(fā)電廠的設(shè)備把燃料輸送到位于兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)之間煙道氣通路中的燃燒室和燃燒器，燃料在該燃燒室中燃燒，由此產(chǎn)生的熱氣與第一氣體渦輪機(jī)中膨脹的煙氣混合，使煙氣在進(jìn)入第二氣體渦輪機(jī)之前提高溫度。
由于在兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)之間的煙道氣通路中裝備上述預(yù)熱燃燒室，第二氣體渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)功率可顯著提高，由此可提高整個(gè)發(fā)電廠的總效率。用這種方式也可以提高調(diào)節(jié)上述設(shè)備發(fā)電功率的可能性，因?yàn)?，現(xiàn)在在上述發(fā)電廠中，上述設(shè)備的發(fā)電功率也可以通過(guò)調(diào)節(jié)向預(yù)熱燃燒室輸送燃料來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，發(fā)電廠設(shè)備裝有位于第一氣體渦輪機(jī)上游煙道氣通路中的上燃燒室，由此使調(diào)節(jié)發(fā)電廠及其效率，特別是部分負(fù)荷效率的可能性進(jìn)一步提高。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述配置設(shè)備包括適合于氣化液體或固體燃料的氣化器，和向供煙道氣預(yù)熱的所述室輸送由燃料產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的裝置。由于配置上述氣化器，可容易地調(diào)節(jié)燃料，即可燃?xì)怏w的輸送。其優(yōu)點(diǎn)在于，上述氣化器用于產(chǎn)生可燃?xì)怏w，該可燃?xì)怏w的壓力基本上超過(guò)燃燒室下游煙道氣通路中煙道氣、特別是預(yù)熱室中煙道氣的壓力，由此產(chǎn)生最佳調(diào)節(jié)自由度，該調(diào)節(jié)不受現(xiàn)存負(fù)荷規(guī)模的影響。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該實(shí)施方案指向發(fā)電廠設(shè)備包括壓縮機(jī)，它適合于產(chǎn)生對(duì)流化床加壓的壓縮空氣，該壓縮機(jī)也用于向所述預(yù)熱室提供壓縮空氣，使輸入其中的燃料燃燒，由此通過(guò)簡(jiǎn)單的方法保證預(yù)熱。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，發(fā)電廠設(shè)備包括配置在第一軸上的高壓氣體渦輪機(jī)和配置在該高壓氣體渦輪機(jī)下游煙道氣通路中不相連的第二軸上的低壓氣體渦輪機(jī)，高壓氣體渦輪機(jī)構(gòu)成上述第一渦輪機(jī)。將不同軸上的氣體渦輪機(jī)這樣分開(kāi)，可進(jìn)一步提高迅速調(diào)節(jié)發(fā)電廠輸出功率的可能性，在發(fā)電廠設(shè)備中，可通過(guò)例如在低壓氣體渦輪機(jī)入口裝備如可調(diào)導(dǎo)流葉片之類(lèi)流量調(diào)節(jié)裝置來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)非常優(yōu)選的實(shí)施方案，第二氣體渦輪機(jī)由配置在與第一氣體渦輪機(jī)同軸的中壓氣體渦輪機(jī)構(gòu)成，第一氣體渦輪機(jī)稱為高壓氣體渦輪機(jī)。由于存在本發(fā)明的預(yù)熱室，第二氣體渦輪機(jī)可獲得中壓，從而有利于能從發(fā)電廠輸出更高功率，在發(fā)電廠設(shè)備中，當(dāng)一臺(tái)低壓氣體渦輪機(jī)裝在中壓氣體渦輪機(jī)下游煙道氣通路中不相連的第二軸上時(shí)，功率可進(jìn)一步提高。
根據(jù)綜合上述實(shí)施方案特征的優(yōu)選實(shí)施方案，發(fā)電廠具有上述用于將到達(dá)第一氣體渦輪機(jī)的煙道氣溫度提高到最佳值的上燃燒室、適合于氣化液體或固體燃料的氣化器、和向煙氣預(yù)熱室輸送由燃料產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的裝置，第一氣體渦輪機(jī)為配置在第一軸上的高壓氣體渦輪機(jī)，該發(fā)電廠設(shè)備還包括位于高壓氣體渦輪機(jī)下游煙道氣通路中第二軸上的低壓氣體渦輪機(jī)，在低壓氣體渦輪機(jī)入口裝有流量調(diào)節(jié)裝置，以便可以改變第二軸的轉(zhuǎn)數(shù)，以這種方式實(shí)現(xiàn)了PFBC-發(fā)電廠的不受干擾性可以超過(guò)其擴(kuò)大負(fù)荷范圍的高功率和極好的調(diào)節(jié)能力運(yùn)行。經(jīng)驗(yàn)表明，這些特征使每分鐘負(fù)荷變化高達(dá)5％成為可能。
本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)和有利特征將由下列敘述和其他從屬權(quán)利要求表明。
附圖簡(jiǎn)述參照下列附圖，隨后介紹作為實(shí)施例引用的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
圖中單頁(yè)

圖1圖解說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的一套PFBC-發(fā)電廠設(shè)備，它具有綜合氣體和蒸汽的循環(huán)(后者未標(biāo)明)。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案詳述一套PFBC-發(fā)電廠設(shè)備，即在高壓流化床中燃燒微粒狀燃料的發(fā)電廠設(shè)備，在單頁(yè)附圖中圖解說(shuō)明，該發(fā)電廠設(shè)備包括位于壓力容器2中的燃燒室1，壓力容器的體積通?？蔀?04m3，該壓力容器可加壓至例如約16巴。給燃燒室1加壓并使燃燒室中床4流態(tài)化的壓縮空氣3輸入壓力容器中。該壓縮空氣通過(guò)圖解標(biāo)明的燃燒室底部的流態(tài)化噴咀5輸入燃燒室，使燃燒室中的床流態(tài)化。該床由床材料、顆粒狀吸收劑和微粒狀燃料(優(yōu)選粉碎碳)制成，微粒狀燃料在輸入上述床中的流態(tài)化空氣中燃燒。然后，由上述流化床產(chǎn)生的燃燒氣(下文稱煙道氣)經(jīng)過(guò)純化設(shè)備6(本實(shí)施例中由用于高壓的高溫過(guò)濾器制成)和截流閥7進(jìn)入上燃燒室8。可燃?xì)怏w由已知類(lèi)型的氣化器10經(jīng)由高溫過(guò)濾器11，穿過(guò)管道9也輸入上燃燒室8。通過(guò)燃燒器34的作用，可燃?xì)怏w和從高壓壓氣機(jī)13經(jīng)過(guò)管道12輸入的壓縮空氣在上燃燒室8中共同燃燒，所得燃燒氣與來(lái)自燃燒室1的煙道氣混合，以提高煙道氣溫度，從而使上燃燒室的排氣溫度達(dá)1200-1500℃，使該煙道氣完全適合用作推動(dòng)高壓氣體渦輪機(jī)形式的第一氣體渦輪機(jī)14的推進(jìn)氣。通過(guò)上燃燒室，上述燃燒氣或煙道氣的溫度從約850-950℃升至約1200-1500℃。
高壓渦輪機(jī)和高壓壓縮機(jī)與發(fā)電機(jī)15配置在同軸，由該發(fā)電機(jī)可獲得有效能量。高壓壓縮機(jī)13通過(guò)管道16也向PFBC中燃燒室1輸送壓縮空氣，由管道16分出管道12。截流閥17裝在高壓壓縮機(jī)和燃燒室1之間。高壓壓縮機(jī)還通過(guò)管道18輸送空氣，供在氣化器10中進(jìn)行氣化，在管道18中可裝備未標(biāo)出的壓縮機(jī)，以便進(jìn)一步增加氣化器中氣體的壓力，這是由于需要使氣化器輸出氣流的壓力高于到達(dá)上燃燒室的煙道氣流的壓力，以使每一給定壓力條件下的可燃?xì)怏w能容易地輸入上燃燒室和/或下述預(yù)熱燃燒室。液體或固體燃料(在本實(shí)施例中為微粒狀碳)在氣化器中氣化，通過(guò)已知方式的氣化，由亞化學(xué)計(jì)量過(guò)程產(chǎn)生可燃?xì)怏w。氣化器10所剩燃料可通過(guò)燃料導(dǎo)管19輸入燃燒室1中的床4。用這種方式裝備在高于PFBC中床4的壓力下運(yùn)行的分離的氣化設(shè)備，其原因僅僅是必需使在上燃燒室中、以及在下述預(yù)熱燃燒室中的氣體的壓力高于燃燒室中的壓力，以便能調(diào)節(jié)燃料流量，并使燃料流量在上述燃燒室中均勻分散。因此，當(dāng)PFBC-床中的壓力可能為16巴時(shí)，氣化器10中的壓力可達(dá)26巴。
附圖中所示PFBC-發(fā)電廠設(shè)備為改進(jìn)型，因?yàn)樗€具有中壓渦輪機(jī)形式的氣體渦輪機(jī)20，該渦輪機(jī)與高壓渦輪機(jī)14配置在同軸21。在高壓渦輪機(jī)14中膨脹并降溫的氣體通過(guò)管道22引入稱為預(yù)熱燃燒室或燃燒室的第二室23。預(yù)熱燃燒室23以與上燃燒室8相同的方式(圖示)，分別通過(guò)管道24和25得到由氣化器10產(chǎn)生的可燃?xì)饬骱陀筛邏簤嚎s機(jī)13輸出的壓縮空氣，由此，上述可燃?xì)怏w通過(guò)燃燒器35在該預(yù)熱燃燒室中燃燒，所產(chǎn)生的熱氣與來(lái)自高壓渦輪機(jī)的煙道氣混合，以使煙道氣在通過(guò)管道26進(jìn)入中壓渦輪機(jī)20之前再次提高溫度。用這種方法，可使中壓渦輪機(jī)輸出的功率明顯提高。
在中壓渦輪機(jī)20中膨脹的煙道氣導(dǎo)入低壓渦輪機(jī)27。在低壓渦輪機(jī)入口優(yōu)選裝有流量調(diào)節(jié)裝置36，例如用導(dǎo)軌環(huán)支撐的可調(diào)導(dǎo)流葉片，從而可改變第二軸轉(zhuǎn)數(shù)。低壓渦輪機(jī)排出的氣體仍含能量，該氣體可由節(jié)熱器28處理。在低壓渦輪機(jī)27的軸29上，還有低壓壓縮機(jī)30，空氣通過(guò)過(guò)濾器31輸入該低壓壓縮機(jī)。另外，低壓壓縮機(jī)由低壓渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，初步壓縮的空氣從低壓壓縮機(jī)出口輸入高壓壓縮機(jī)13。中間冷卻器32連接在低壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)之間，以降低輸入高壓壓縮機(jī)13入口空氣的溫度。
此外，上述發(fā)電廠設(shè)備還具有蒸汽渦輪機(jī)部分，本文未標(biāo)出，但通過(guò)浸入流化床4的一組管33指出了該蒸汽渦輪機(jī)，水在管33中循環(huán)、蒸發(fā)，并通過(guò)該管與床材料間的熱交換而過(guò)熱，以吸收在流化床中進(jìn)行燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱。
這樣，通過(guò)裝備預(yù)熱燃燒室23，可明顯提高在第一氣體渦輪機(jī)中膨脹并降溫的煙道氣的輸出功率，由此可提高發(fā)電廠的效率。
本發(fā)明當(dāng)然不以任何方式局限于上述優(yōu)選實(shí)施方案，但在不違背本發(fā)明基本構(gòu)思的情況下，將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員展示更改上述優(yōu)選實(shí)施方案的幾種可能性。
例如，發(fā)電廠可能只有兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)，即省去附圖所示中壓氣體渦輪機(jī)，于是預(yù)熱燃燒室將提高來(lái)自高壓氣體渦輪機(jī)的煙道氣的溫度，該煙道氣到達(dá)低壓氣體渦輪機(jī)，這時(shí)低壓氣體渦輪機(jī)將獲得壓力比上述實(shí)施方案中更高的氣體，從而可稱為中壓氣體渦輪機(jī)。
本發(fā)明的PFBC-發(fā)電廠設(shè)備具有上燃燒室，盡管這很有利，但也并非必要。不過(guò)應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)也存在上燃燒室時(shí)，預(yù)熱燃燒室或預(yù)熱室的優(yōu)勢(shì)將被充分利用。
如果需要，當(dāng)然也可以象在上述實(shí)施方案中一樣，在有兩臺(tái)以上氣體渦輪機(jī)時(shí)，如在上述煙道氣的通路中所見(jiàn)，在第二臺(tái)和第三臺(tái)氣體渦輪機(jī)之間設(shè)置預(yù)熱燃燒室。
權(quán)利要求
1.一套PFBC-發(fā)電廠設(shè)備，它包括內(nèi)含燃燒室(1)的壓力容器(2)和至少兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)(14，20)，燃燒室供微粒狀燃料在高壓流化床中燃燒，兩臺(tái)渦輪機(jī)依次位于由燃燒產(chǎn)生的煙道氣的通路中，其特征在于，該發(fā)電廠設(shè)備包括配置設(shè)備(9-11)，這些設(shè)備把燃料輸送到位于兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)之間煙道氣通路中的室(23)和燃燒器(35)，燃料在該燃燒室中燃燒，由此產(chǎn)生的熱氣與第一臺(tái)氣體渦輪機(jī)(14)中膨脹的煙道氣混合，使煙道氣在進(jìn)入第二臺(tái)氣體渦輪機(jī)(20)之前提高溫度。
2.權(quán)利要求1的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，所述配置設(shè)備包括適合于氣化液體或固體燃料的氣化器(10)，和向所述室輸送由燃料產(chǎn)生的可燃?xì)怏w以預(yù)熱煙道氣的裝置(9，11)。
3.權(quán)利要求1或2的發(fā)電廠設(shè)備，所述發(fā)電廠包括壓縮機(jī)(13)，它適合于產(chǎn)生對(duì)床(4)加壓的壓縮空氣，其特征在于，上述壓縮機(jī)也適合于向預(yù)熱用的室(23)提供壓縮空氣，使輸入其中的燃料燃燒。
4.權(quán)利要求2的發(fā)電廠設(shè)備，所述發(fā)電廠設(shè)備包括壓縮機(jī)(13)，它適合于產(chǎn)生對(duì)床(4)加壓的壓縮空氣，其特征在于，上述壓縮機(jī)也適合于向氣化液體或固體燃料的氣化器(10)輸送壓縮空氣。
5.權(quán)利要求2的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，氣化器(10)適合于產(chǎn)生可燃?xì)怏w，該可燃?xì)怏w的壓力基本上超過(guò)燃燒室(1)下游通路中煙道氣的壓力。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，該發(fā)電廠設(shè)備還包括配置在第一臺(tái)氣體渦輪機(jī)(14)上游煙道氣通路中的上燃燒室(8)、適合于氣化液體或固體燃料的氣化器(10)和向上燃燒室輸送所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的裝置，可燃?xì)怏w在上燃燒室中燃燒，由此產(chǎn)生的熱氣與煙道氣混合，使煙道氣的溫度提高到作為第一臺(tái)氣體渦輪機(jī)(14)推進(jìn)氣的最佳溫度水平。
7.權(quán)利要求6的發(fā)電廠設(shè)備，所述發(fā)電廠設(shè)備包括壓縮機(jī)(13)，它適合于產(chǎn)生對(duì)床(4)加壓的壓縮空氣，其特征在于，上述壓縮機(jī)也適合于向上燃燒室(8)提供壓縮空氣，使輸入其中的可燃?xì)怏w燃燒。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，該發(fā)電廠設(shè)備包括配置在第一軸(21)上的高壓氣體渦輪機(jī)(14)和配置在該高壓氣體渦輪機(jī)下游煙道氣通路中不相連的第二軸(29)上的低壓氣體渦輪機(jī)(27)，高壓氣體渦輪機(jī)構(gòu)成所述第一氣體渦輪機(jī)。
9.權(quán)利要求8的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，在低壓氣體渦輪機(jī)(27)入口裝有流量調(diào)節(jié)裝置(36)，以便可以改變第二軸(29)的轉(zhuǎn)數(shù)。
10.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，所述第二氣體渦輪機(jī)由配置在與第一氣體渦輪機(jī)(14)同軸(21)的中壓氣體渦輪機(jī)(20)構(gòu)成，第一氣體渦輪機(jī)稱為高壓氣體渦輪機(jī)。
11.權(quán)利要求3或7，和權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，壓縮機(jī)(13)配置在與第一氣體渦輪機(jī)(14)同軸(21)，并由第一氣體渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。
12.權(quán)利要求3或7，和權(quán)利要求8或9，以及可能權(quán)利要求10或11的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，該發(fā)電廠設(shè)備包括第二壓縮機(jī)(30)，即低壓壓縮機(jī)，它配置在與低壓氣體渦輪機(jī)(27)同軸(29)，并由該低壓氣體渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，上述低壓壓縮機(jī)適合于向高壓壓縮機(jī)(13)輸送預(yù)壓縮空氣。
13.權(quán)利要求8-12中任一項(xiàng)的發(fā)電廠設(shè)備，其特征在于，產(chǎn)生有效能量的發(fā)電機(jī)(14)配置在第一氣體渦輪機(jī)的軸(21)上。
全文摘要
PFBC-發(fā)電廠設(shè)備包括內(nèi)含燃燒室(1)的壓力容器(2)和至少兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)(14，20)，燃燒室供微粒狀燃料在高壓流化床中燃燒，兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)依次位于由燃燒產(chǎn)生的煙道氣的通路中。該發(fā)電廠設(shè)備還包括配置設(shè)備(9-11)，這些設(shè)備把燃料輸送到位于兩臺(tái)氣體渦輪機(jī)之間煙道氣通路中的燃燒室(23)和燃燒器(35)，燃料在該燃燒室中燃燒，由此產(chǎn)生的熱氣與第一臺(tái)氣體渦輪機(jī)(14)中膨脹的氣體混合，使該氣體在進(jìn)入第二氣體渦輪機(jī)(20)之前提高溫度。
文檔編號(hào)F23C6/00GK1161075SQ96190902
公開(kāi)日1997年10月1日 申請(qǐng)日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月11日
發(fā)明者R·布朗斯特倫, A·洛夫格蘭, D·費(fèi)恩維茲恩 申請(qǐng)人:Abb·碳有限公司